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2-1 机械系统的方案设计 工艺原理 技术过程 系统边界 结构布局
引 进确 技定 术系 系统 统边
界
根据技术过程，确定功能载体组合
具 确定功能结构
体 步
确定功能载体组合
骤 确定系统边界
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2-1 机械系统的方案设计 工艺原理 技术过程 系统边界 结构布局
功能结构 载体组合 系统边界
确 定 功 能 结 构
第二章
方案设计与总体设计
Machinery
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System Design
本章提要
方案设计的内容 总体设计的内容 总体布置的基本要求 总体主参数确定
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2-1 机械系统的方案设计
机械系统的方案设计
机械设计的整个过程，是从抽象到具 体、从模糊到明朗、逐步完善的过程，也 是创造性思维同工程技术文件相结合的过 程。
方案设计是机械系统设计的核心环节， 是保证设计水平和质量的重要阶段。
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2-1 机械系统的方案设计
方 案 设 计 的 工 作 内 容
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研究给定任务 根据给定任务，明确核心要求和约束条件
设计任务抽象化 根据同外部系统的联系，明确功能要求
确定工艺原理 根据功能要求，选择工艺原理
确定技术过程 根据功能关系，明确工艺流程
引进技术系统并确定系统边界 根据技术过程，确定功能载体组合
确定基本结构布局 根据功能载体组合，确定空间位置
设计方案评价 根据系统指标，确定技术方案
2-1 机械系统的方案设计 研究任务 任务抽象化 工艺原理 技术过程
研究设计任务
根据给定任务，明确核心要求和约束条件 虽然在开发计划书中明确了设计的任务、 目的和要求，但可能存在不确切、不合适甚至 相互矛盾的要求。例如强度与轻量化、精度与 经济性、性能指标与已有技术水平及条件等。 必须对各项要求逐项分析，明确核心要求和 约束条件，必要时提出修改和补充建议，对相 互矛盾的要求提出解决方法。
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功能是系统的属性，表明系统的效能及可 能实现的物料、能量、信息传递和转换 的能力。
系统常具有多项功能，比如基本功能、 辅助功能等，可进行功能分解。在系统分 解的基础上逐项逐级分解，直至找到不宜 再分解的功能元及相应的功能载体为止。
功能的分解和组合关系称为功能结构。
同级分功能组合起来应满足上一级分功 能的要求，最后组合的整体应满足总功能 的要求。
来自外界的影响 输出物料
技黑待术设系计箱统
输出能量 输出信息
对外界的影响
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2-1 机械系统的方案设计 研究任务 任务抽象化 工艺原理 技术过程
自走式谷物联合收获机
土壤 湿度 温度 风
谷物 驱动能 驱动信号
自走式谷物 联合收获机
谷粒、茎杆、颖壳 工作机构能量 显示信号
噪声 废气 振动
通过任务抽象化，明确功能要求。
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2-1 机械系统的方案设计 工艺原理 技术过程 系统边界 结构布局
材料试验机的功能结构
功能结构 载体组合 系统边界
加载能量 试件 信号
利用力和 变形关系 检验试件
功能结构 载体组合 系统边界
2-1 机械系统的方案设计 工艺原理 技术过程 系统边界 结构布局
功
功能元 —— 具有确切功能的基本单元。
能
功能载体——实现相应功能的实体结构。
元
齿轮传动
和 功
功能元 —— 动力和运动的传递
能
功能载体 ——齿轮及相关结构
载 体
在产品的系列化、模块化设计中，通用 的独立部件或模块都可以作为功能载体。
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2-1 机械系统的方案设计 研究任务 任务抽象化 工艺原理 技术过程
确定工艺原理
根据功能要求，选择工艺原理 工艺原理是指各种物理效应的具体应用。 物理效应包括物理学、化学、生物学等自然科学
中的定理、定律、原理和效应。 同一物理效应往往可以实现多种作业对象的转
化，一种转化常可以由多种物理效应来实现。 不同的工艺原理将使机械系统具有不同的技术
作业对象本身的转化为主流程。为实现主流程通常 需要其他辅助流程的补充和支持。例如作业对象的支承、 定位、夹紧，驱动能量的转换、输入和传递，各种信息 量的检测、操纵、调整、控制等。因此技术过程是若干 分过程和工序组合而成的复合过程。
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2-1 机械系统的方案设计 工艺原理 技术过程 系统边界 结构布局
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2-1 机械系统的方案设计 研究任务 任务抽象化 工艺原理 技术过程
Байду номын сангаас设计任务抽象化
根据外部系统的关系，明确功能要求 是一种思维方式和工作方法。通过分析设 计任务的基本功能要求，把设计任务抽象为只 表达其核心任务的简单模式，不涉及具体的解 决方案和途径。使设计者视野更宽广，思维不 易受到某些框框的束缚，有利于创造新的方案。 黑箱是研究同外部系统相互关系的有效 工具。
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2-1 机械系统的方案设计 研究任务 任务抽象化 工艺原理 技术过程
黑箱模型
黑箱 是指仅知输入量和输出量而不知其内部结 构的表述设计任务的一种模式。 黑箱明确表达 了设计任务的基本功能要求和主要约束条件。 设计过程就是逐步打开黑箱，确定其内部结构， 实现由输入量转化为输出量的过程。
输入物料 输入能量 输入信息
经济效果，因此设计时应从各种可行的工艺 原理中择优选用。
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2-1 机械系统的方案设计 研究任务 任务抽象化 工艺原理 技术过程
谷物联合
一种转化可由多种物理效应来实现 同一物理效应可实现多种转化
杠杆 摩擦
力参数转化 位移参数转化 能量参数转化
收 切断作物茎杆
切刀切割
获 籽穗分离
冲击、揉搓和挤压作用
机 谷粒同茎杆和颖 振动、气流和重力作用
引 进确 技定 术系 系统 统边
界
根据技术过程，确定功能载体组合
技术系统是实现技术过程各项转化的人为系 统。有的转化靠机械系统实现，有的转化靠人的参 与完成。需要根据技术过程的要求确定机械系统的 具体任务。良好的技术系统应是合理的机械系统与 人的完美结合。
例如联合收获机作业速度是否自动控制（根 据发动机负荷、脱粒部件负荷、脱粒质量……）
壳等杂物分离
作业对象的简单转化可能只采用一种工艺原理便可 实现，复杂的转化有时需要多种工艺原理组合使 用，应注意不同工艺原理组合与连接的适宜性和 相容性。
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2-1 机械系统的方案设计 研究任务 任务抽象化 工艺原理 技术过程
确定技术过程
根据功能关系，明确工艺流程
技术过程是按照选定的工艺原理确定作业转化所需 的流程，流程中规定了每一种转化程序的相应功能要求。